CN110000692B - 一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置及使用方法，属于半导体晶棒加工设备技术领域，上下料装置包括晶棒输送组件、定位组件、夹爪组件、机械手以及防护组件，晶棒输送组件用于承载待磨削半导体晶棒以及磨削后半导体晶棒，所述夹爪组件上设有用于对待磨削半导体晶棒进行对中检测的探针，本发明通过夹爪组件、机械手与配合，实现自动上下料，通过晶棒输送组件与定位组件配合，实现高精度定位，同时，机械手可根据探针检测结果对待磨削半导体晶棒实现自动对中、自动调整，且对中精度高，此外，夹爪组件适用于夹取不同长度及直径的晶棒，适应性强，可极大提高生产效率，使生产人员摆脱繁重的体力劳动。

Description

一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置及使用方法

技术领域

本发明属于半导体晶棒加工设备技术领域，具体地说涉及一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置及使用方法。

背景技术

半导体晶片的制造需要经过很多道不同的工序。通常，首先使用提拉法制成半导体晶棒，制得的半导体晶棒具有圆柱状的晶身部和锥状的端部，接着通过截断机将锥状的端部切离，从而获取圆柱状的半导体晶棒。之后，半导体晶棒进入磨削工序，最后将晶棒切割为具有精确厚度的晶片。

目前，半导体晶棒磨削工序包含滚圆磨削和OF面磨削，磨削过程涉及到晶棒上下料、晶棒对中检测等工序。晶棒对中检测工序是调整晶棒轴线与夹持旋转装置的轴线重合，以保证高精度磨削加工，但是，晶棒重量最大为150kg，调整搬运等移动过程很不方便，导致对中定位精度低。同时，行业现有磨削加工设备大多采用人工上下料，搬运困难且效率较低。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置及使用方法，可针对不同长度、不同直径尺寸的晶棒实现自动上下料、自动对中、自动调整。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置，包括：

晶棒输送组件，其用于承载待磨削半导体晶棒以及磨削后半导体晶棒；

定位组件，其用于对晶棒输送组件进行定位；

夹爪组件，其用于夹取位于晶棒输送组件处待磨削半导体晶棒并送至磨削工序的夹持旋转装置，并将磨削后半导体晶棒重新置于晶棒输送组件，所述夹爪组件上设有用于对待磨削半导体晶棒进行对中检测的探针；

与夹爪组件连接的机械手，用于带动夹爪组件移动，以完成待磨削半导体晶棒的上料及磨削后半导体晶棒的下料；

以及防护组件，其位于定位组件、夹爪组件和机械手的外围，所述防护组件上留有供晶棒输送组件通过的通道。

进一步，所述晶棒输送组件包括交换车、第一托架和第二托架，所述交换车包括车架及位于车架下方的车轮，所述第一托架和第二托架平行且间隔的固设于车架上，且第一托架用于放置待磨削半导体晶棒，且第二托架用于放置磨削后半导体晶棒。

进一步，所述定位组件包括定位架以及固设于定位架上的2个定位单元，所述2个定位单元对称设置，且定位单元位于定位架靠近交换车的一侧。

进一步，所述定位单元包括限位开关、锁紧气缸和导向轮组，所述导向轮组引导车架向定位架方向移动并碰触位于导向轮组固定端的限位开关，所述锁紧气缸的缸体端与定位架固连，其活塞端连接定位块以锁紧车架。

进一步，所述机械手位于安装座上，且夹爪组件与机械手的活动端连接。

进一步，所述夹爪组件包括支撑座、第一夹爪组件和第二夹爪组件，所述第一夹爪组件和第二夹爪组件均位于支撑座上的导轨上，且第二夹爪组件沿着导轨滑动以改变其与第一夹爪组件的间距。

进一步，所述支撑座上设有活塞端均可与第二夹爪组件连接的调整气缸和限位气缸，所述限位气缸带动第二夹爪组件滑动至第一极限位置，所述调整气缸带动第二夹爪组件滑动至第二极限位置，所述第二极限位置与第一夹爪组件的距离大于第一极限位置与第一夹爪组件的距离。

进一步，所述第一夹爪组件和第二夹爪组件结构相同，且两者均包括间距可调且相对设置的第一夹爪和第二夹爪，所述第一夹爪上设有容纳探针的通孔，且探针与探针气缸连接以实现探针沿着通孔伸缩。

进一步，所述防护组件包括防护栏和2个检测单元，所述2个检测单元相对的位于防护栏上，所述检测单元包括激光测距传感器、第一检测传感器和第二检测传感器，当晶棒输送组件被定位后，所述第一检测传感器与第一托架对应，用于检测第一托架是否放置有待磨削半导体晶棒，所述第二检测传感器与第二托架对应，用于检测第二托架是否放置有磨削后半导体晶棒。

另，本发明还提供一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置的使用方法，包括如下步骤：

S1：所述第一检测传感器检测到待磨削半导体晶棒时，机械手带动夹爪组件移动以夹取待磨削半导体晶棒，并将待磨削半导体晶棒送至夹持旋转装置，夹持旋转装置夹紧半导体晶棒；

S2：第一夹爪和第二夹爪松开待磨削半导体晶棒，探针伸出并触及待磨削半导体晶棒，夹持旋转装置旋转待磨削半导体晶棒，机械手根据探针检测结果重新夹紧待磨削半导体晶棒并调整位置，直至符合对中精度要求；

S3：待磨削半导体晶棒磨削完毕后，机械手将磨削后半导体晶棒放置到第二托架，即可。

本发明的有益效果是：

通过夹爪组件、机械手与配合，实现自动上下料，通过晶棒输送组件与定位组件配合，实现高精度定位，同时，机械手可根据探针检测结果对待磨削半导体晶棒实现自动对中、自动调整，且对中精度高，此外，夹爪组件适用于夹取不同长度及直径的晶棒，适应性强，可极大提高生产效率，使生产人员摆脱繁重的体力劳动。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是晶棒输送组件、定位组件、夹爪组件和机械手的装配示意图；

图3是定位组件的结构示意图；

图4是夹爪组件的的结构示意图；

图5是夹爪组件的的另一结构示意图；

图6是防护组件的结构示意图；

图7是检测单元的结构示意图。

附图中：1-晶棒输送组件、2-定位组件、3-夹爪组件、4-机械手、5-防护组件、501-通道、502-开口、6-磨削后半导体晶棒、7-待磨削半导体晶棒、8-交换车、9-车架、10-车轮、11-第一托架、12-第二托架、13-定位架、14-限位开关、15-上导向轮组、16-下导向轮组、17-锁紧气缸、18-定位块、19-安装座、20-支撑座、21-第一夹爪组件、22-第二夹爪组件、23-第一夹爪、24-第二夹爪、25-限位气缸、26-调整气缸、27-第一夹紧气缸、28-第二夹紧气缸、29-转接板、30-连接块一、31-连接块二、32-通孔、33-探针、34-探针气缸、35-连接板、36-防护栏、37-检测单元、38-激光测距传感器、39-第一检测传感器、40-第二检测传感器、41-安装支架。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1所示，一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置，包括晶棒输送组件1、定位组件2、夹爪组件3、机械手4以及防护组件5。其中，晶棒输送组件1用于承载待磨削半导体晶棒7以及磨削后半导体晶棒6。定位组件2用于对晶棒输送组件1进行定位。夹爪组件3用于夹取位于晶棒输送组件1处待磨削半导体晶棒7并送至磨削工序的夹持旋转装置，并将磨削后半导体晶棒6重新置于晶棒输送组件1。机械手4与夹爪组件3连接，用于带动夹爪组件3移动，以完成待磨削半导体晶棒7的上料及磨削后半导体晶棒6的下料，具体的，如图2所示，所述机械手4位于安装座19上，且夹爪组件3与机械手4的活动端连接。防护组件5位于定位组件2、夹爪组件3和机械手4的外围，所述防护组件5上留有供晶棒输送组件1通过的通道501。

如图2所示，所述晶棒输送组件1包括交换车8、第一托架11和第二托架12，所述交换车8包括车架9及位于车架9下方的车轮10，也就是说，交换车8可随意移动，以输送待磨削半导体晶棒7以及磨削后半导体晶棒6。所述第一托架11和第二托架12平行且间隔的固设于车架9上，且第一托架11用于放置待磨削半导体晶棒7，且第二托架12用于放置磨削后半导体晶棒6。

如图2和图3所示，所述定位组件2包括定位架13以及固设于定位架13上的2个定位单元，所述2个定位单元对称设置，且定位单元位于定位架13靠近交换车8的一侧。所述定位单元包括限位开关14、锁紧气缸17和导向轮组，所述导向轮组的一端与定位架13固连并作为固定端，其另一端作为自由端并向交换车8方向延伸，且导向轮组引导车架9向定位架13方向移动并碰触位于导向轮组固定端的限位开关14，所述锁紧气缸17的缸体端与定位架13固连，其活塞端连接定位块18以锁紧车架9。初始状态下，锁紧气缸17的活塞端处于伸长状态，当车架9触发限位开关14时，锁紧气缸17的活塞端缩回并带动定位块18拉紧车架9，对车架9进行定位。

作为优选，所述导向轮组包括结构相同的上导向轮组15和下导向轮组16，且上导向轮组15和下导向轮组16均包括若干导向轮，导向轮沿着车架9的移动方向转动以起到导向作用，同时，上导向轮组15和下导向轮组16沿着竖直方向间隔并倾斜设置以形成容纳车架9的导向通道。

如图2、图4和图5所示，所述夹爪组件3包括支撑座20、第一夹爪组件21和第二夹爪组件22，其中，支撑座20通过连接板35与机械手4的活动端连接。所述第一夹爪组件21和第二夹爪组件22均位于支撑座20上的导轨上，且第二夹爪组件22沿着导轨滑动以改变其与第一夹爪组件21的间距，以适应不同长度的晶棒（包括待磨削半导体晶棒7和磨削后半导体晶棒6。

所述第一夹爪组件21和第二夹爪组件22结构相同，且两者均包括间距可调且相对设置的第一夹爪23和第二夹爪24，本实施例中，第一夹爪23和第二夹爪24均呈C型，且两者的C型开口相对设置。所述第一夹爪组件21通过第一夹紧气缸27调整第一夹爪、第二夹爪间距，所述第二夹爪组件22通过第一夹紧气缸28调整第一夹爪、第二夹爪间距，以实现夹取与松开晶棒。同时，所述第一夹爪23和第二夹爪24各有两套安装孔，可通过调整安装孔来亦改变两者之间的距离，满足不同直径晶棒的夹取需求。此外，所述第一夹爪23上设有容纳探针33的通孔32，且探针33与探针气缸34连接，探针气缸34带动探针33沿着通孔32伸缩，对待磨削半导体晶棒7进行对中检测。

此外，所述支撑座20上设有活塞端均可与第二夹爪组件22连接的调整气缸26和限位气缸25。具体的，第一夹紧气缸28固设于转接板29上，所述限位气缸25的活塞端通过连接块一30与转接板29连接，限位气缸25带动第二夹爪组件22滑动至第一极限位置。所述调整气缸26的活塞端通过连接块二31与转接板29连接，调整气缸26带动第二夹爪组件22滑动至第二极限位置，所述第二极限位置与第一夹爪组件21的距离大于第一极限位置与第一夹爪组件21的距离。当需要夹取短棒（晶棒的长度短）时，可用第一夹爪组件21或第二夹爪组件22实现夹取。当需要夹取中棒（中棒的长度大于短棒的长度）时，限位气缸25带动第二夹爪组件22滑动至第一极限位置，第一夹爪组件21和第二夹爪组件22对中棒进行两端夹紧。当需要夹取长棒（长棒的长度大于中棒的长度）时，调整气缸26带动第二夹爪组件22滑动至第二极限位置，第一夹爪组件21和第二夹爪组件22对中棒进行两端夹紧。也就是说，调整气缸26和限位气缸25可对第二夹爪组件22进行两个不同极限位置的调整定位，以适应不同长度晶棒的夹取需求。

如图1、图6和图7所示，所述防护组件5包括防护栏36和2个检测单元37，所述防护栏36围绕定位组件2、夹爪组件3和机械手4形成一侧留有开口502的半封闭区域，所述开口502供机械手和夹爪组件通过。所述2个检测单元37相对的位于防护栏36上，所述检测单元37包括激光测距传感器38、第一检测传感器39和第二检测传感器40，当晶棒输送组件1被定位后，所述第一检测传感器39与第一托架11对应，用于检测第一托架11是否放置有待磨削半导体晶棒7，所述第二检测传感器40与第二托架12对应，用于检测第二托架12是否放置有磨削后半导体晶棒6。本实施例中，所述激光测距传感器38对待磨削半导体晶棒7进行定位，以方便夹爪组件3抓取，激光测距传感器38、第一检测传感器39和第二检测传感器40均通过安装支架41固设于防护栏36上。

具体工作过程如下：

载有待磨削半导体晶棒7的交换车8经通道501移动至半封闭区域后，定位组件2对交换车8进行定位，此时，第一检测传感器39检测到待磨削半导体晶棒7，机械手4带动夹爪组件3移动以夹取待磨削半导体晶棒7，并将待磨削半导体晶棒7送至夹持旋转装置。夹持旋转装置夹紧半导体晶棒7，同时，第一夹爪23和第二夹爪24松开待磨削半导体晶棒7，探针33伸出并触及待磨削半导体晶棒7，夹持旋转装置旋转待磨削半导体晶棒7，机械手4根据探针33检测结果重新夹紧待磨削半导体晶棒7并调整位置，直至符合对中精度要求。磨削，待磨削半导体晶棒7磨削完毕后，机械手4将磨削后半导体晶棒6放置到第二托架12。定位组件2解除对交换车8的定位，交换车8将磨削后半导体晶棒6输送至下一工序。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (6)

1.一种用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置，其特征在于，包括：

晶棒输送组件（1），其用于承载待磨削半导体晶棒（7）以及磨削后半导体晶棒（6），所述晶棒输送组件（1）包括交换车（8）、第一托架（11）和第二托架（12），所述交换车（8）包括车架（9）及位于车架（9）下方的车轮（10），所述第一托架（11）和第二托架（12）平行且间隔的固设于车架（9）上，且第一托架（11）用于放置待磨削半导体晶棒（7），且第二托架（12）用于放置磨削后半导体晶棒（6）；

定位组件（2），其用于对晶棒输送组件（1）进行定位，所述定位组件（2）包括定位架（13）以及固设于定位架（13）上的2个定位单元，所述2个定位单元对称设置，且定位单元位于定位架（13）靠近交换车（8）的一侧；

夹爪组件（3），其用于夹取位于晶棒输送组件（1）处待磨削半导体晶棒（7）并送至磨削工序的夹持旋转装置，并将磨削后半导体晶棒（6）重新置于晶棒输送组件（1），所述夹爪组件（3）上设有用于对待磨削半导体晶棒（7）进行对中检测的探针（33）；

与夹爪组件（3）连接的机械手（4），用于带动夹爪组件（3）移动，以完成待磨削半导体晶棒（7）的上料及磨削后半导体晶棒（6）的下料，所述机械手（4）位于安装座（19）上，且夹爪组件（3）与机械手（4）的活动端连接，所述夹爪组件（3）包括支撑座（20）、第一夹爪组件（21）和第二夹爪组件（22），所述第一夹爪组件（21）和第二夹爪组件（22）均位于支撑座（20）上的导轨上，且第二夹爪组件（22）沿着导轨滑动以改变其与第一夹爪组件（21）的间距；

以及防护组件（5），其位于定位组件（2）、夹爪组件（3）和机械手（4）的外围，所述防护组件（5）上留有供晶棒输送组件（1）通过的通道（501）。

2.根据权利要求1所述的上下料装置，其特征在于，所述定位单元包括限位开关（14）、锁紧气缸（17）和导向轮组，所述导向轮组引导车架（9）向定位架（13）方向移动并碰触位于导向轮组固定端的限位开关（14），所述锁紧气缸（17）的缸体端与定位架（13）固连，其活塞端连接定位块（18）以锁紧车架（9）。

3.根据权利要求1所述的上下料装置，其特征在于，所述支撑座（20）上设有活塞端均可与第二夹爪组件（22）连接的调整气缸（26）和限位气缸（25），所述限位气缸（25）带动第二夹爪组件（22）滑动至第一极限位置，所述调整气缸（26）带动第二夹爪组件（22）滑动至第二极限位置，所述第二极限位置与第一夹爪组件（21）的距离大于第一极限位置与第一夹爪组件（21）的距离。

4.根据权利要求3所述的上下料装置，其特征在于，所述第一夹爪组件（21）和第二夹爪组件（22）结构相同，且两者均包括间距可调且相对设置的第一夹爪（23）和第二夹爪（24），所述第一夹爪（23）上设有容纳探针（33）的通孔（32），且探针（33）与探针气缸（34）连接以实现探针（33）沿着通孔（32）伸缩。

5.根据权利要求4所述的上下料装置，其特征在于，所述防护组件（5）包括防护栏（36）和2个检测单元（37），所述2个检测单元（37）相对的位于防护栏（36）上，所述检测单元（37）包括激光测距传感器（38）、第一检测传感器（39）和第二检测传感器（40），当晶棒输送组件（1）被定位后，所述第一检测传感器（39）与第一托架（11）对应，用于检测第一托架（11）是否放置有待磨削半导体晶棒（7），所述第二检测传感器（40）与第二托架（12）对应，用于检测第二托架（12）是否放置有磨削后半导体晶棒（6）。

6.一种采用如权利要求5所述的用于半导体晶棒磨削工序的上下料装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：所述第一检测传感器（39）检测到待磨削半导体晶棒（7）时，机械手（4）带动夹爪组件（3）移动以夹取待磨削半导体晶棒（7），并将待磨削半导体晶棒（7）送至夹持旋转装置，夹持旋转装置夹紧半导体晶棒（7）；

S2：第一夹爪（23）和第二夹爪（24）松开待磨削半导体晶棒（7），探针（33）伸出并触及待磨削半导体晶棒（7），夹持旋转装置旋转待磨削半导体晶棒（7），机械手（4）根据探针（33）检测结果重新夹紧待磨削半导体晶棒（7）并调整位置，直至符合对中精度要求；

S3：待磨削半导体晶棒（7）磨削完毕后，机械手（4）将磨削后半导体晶棒（6）放置到第二托架（12），即可。